Katalisis: Perbedaan antara revisi

{{Untuk|tahap metabolisme|katabolisme}}

[[Berkas:Catalysts.JPG|thumb|300x300px|Berbagai katalis industri dalam bentuk pelet]]

[[Berkas:Low Temperature Oxidation Catalyst.jpeg|thumb|Sebuah [[penyaring udara]] udara yang menggunakan katalis oksidasi suhu rendah untuk mengubah [[karbon monoksida]] menjadi [[karbon dioksida]] yang kurang beracun pada suhu kamar. Penyaring ini juga dapat menghilangkan [[formaldehida]] dari udara.]]

 

Katalisis dapat diklasifikasikan sebagai katalisis [[katalisis homogen|homogen]], di mana komponennya terdispersi dalam fase yang sama (biasanya gas atau cair) dengan reaktan, atau [[katalisis heterogen|heterogen]], di mana komponennya tidak berada dalam fase yang sama. [[Enzim]] dan biokatalis lainnya sering dianggap sebagai kategori ketiga.

 

Kata "katalis" berasal dari [[bahasa Yunani]] {{lang|grc|[[wikt:καταλύω|καταλύειν]]}}, ''kataluein'', yang berarti "melonggarkan" atau "melepaskan". Konsep katalisis ditemukan oleh kimiawan [[Elizabeth Fulhame]], berdasarkan karya novelnya dalam eksperimen reduksi−oksidasi.<ref name="Laidler">{{cite book|last1=Laidler|first1=Keith J.|chapter="Elizabeth Fulhame and the discovery of catalysis: 100 years before Buchner|last2=Cornish-Bowden|first2=Athel|editor-last1=Cornish-Bowden|editor-first1=Athel|title=New beer in an old bottle : Eduard Buchner and the growth of biochemical knowledge|date=1997|publisher=Universitat de Valencia|location=Valencia|isbn=9788437033280|pages=123–126|chapter-url=http://bip.cnrs-mrs.fr/bip10/newbeer/Fulhame.pdf|access-date=17 Juni 2023|archive-date=23 Januari 2015|archive-url=https://web.archive.org/web/20150123224920/http://bip.cnrs-mrs.fr/bip10/newbeer/Fulhame.pdf|url-status=dead}}</ref><ref name="American Chemical Society">{{Cite book|title = Women in Chemistry: Their Changing Roles from Alchemical Times to the Mid-Twentieth Century|publisher = American Chemical Society|date = 2001|isbn = 978-0-8412-3522-9|first1 = Marelene|last1 = Rayner-Canham|first2 = Geoffrey William|last2 = Rayner-Canham|url-access = registration|url = https://archive.org/details/womeninchemistry0000rayn}}</ref>

==Prinsip umum==

===Contoh===

===Mekanisme reaksi katalitis===

{{Utama|Siklus katalitis}}

 

Sebagai contoh sederhana yang terjadi pada fase gas, reaksi 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ dapat dikatalisis dengan penambahan [[nitrogen monoksida]]. Reaksi ini terjadi dalam dua langkah:

}}</ref>

===Energetika reaksi===

Katalis akan membuka jalur yang berbeda dari reaksi tanpa katalis. Jalur ini memiliki [[energi aktivasi]] yang lebih rendah. Akibatnya, lebih banyak tumbukan molekul memiliki energi yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan transisi. Oleh karena itu, katalis dapat mengaktifkan reaksi yang seharusnya diblokir atau diperlambat oleh penghalang kinetik. Katalis dapat meningkatkan laju reaksi atau selektivitas, atau mengaktifkan reaksi pada suhu yang lebih rendah. Efek ini dapat diilustrasikan dengan diagram [[profil energi (kimia)|profil energi]].

 

==Katalisis heterogen==

{{Utama|Katalisis heterogen}}

[[Berkas:Ceolite nax.JPG|thumb|Zeolit diekstrusi sebagai pelet agar mudah ditangani dalam reaktor katalitis.]]

Katalis heterogen bertindak dalam [[fase benda|fase]] yang berbeda dari [[pereaksi kimia|reaktan]]. Sebagian besar katalis heterogen adalah [[padat]]an yang bekerja pada substrat dalam [[reaksi kimia|campuran reaksi]] [[cairan|cair]] atau gas. Katalis heterogen yang penting meliputi [[zeolit]], [[Aluminium oksida|alumina]],<ref>{{Cite journal|last1=Shafiq|first1=Iqrash|last2=Shafique|first2=Sumeer|last3=Akhter|first3=Parveen|last4=Yang|first4=Wenshu|last5=Hussain|first5=Murid|date=23 Juni 2020|title=Recent developments in alumina supported hydrodesulfurization catalysts for the production of sulfur-free refinery products: A technical review|journal=Catalysis Reviews|volume=64|pages=1–86|doi=10.1080/01614940.2020.1780824|issn=0161-4940|doi-access=free}}</ref> oksida orde-tinggi, karbon grafit, [[oksida]] [[logam transisi]], logam seperti [[nikel Raney]] untuk hidrogenasi, dan [[vanadium(V) oksida]] untuk oksidasi [[belerang dioksida]] menjadi [[belerang trioksida]] melalui [[proses kontak]].<ref name=Housecroft>{{cite book |last1=Housecroft |first1=Catherine E. |last2=Sharpe |first2=Alan G. |title=Inorganic Chemistry |date=2005 |publisher=Pearson Prentice-Hall |isbn=0130-39913-2 |page=805 |edition=2}}</ref>

 

Beberapa [[antibodi monoklonal]] yang target pengikatannya adalah molekul stabil yang menyerupai keadaan transisi reaksi kimia dapat berfungsi sebagai katalis lemah untuk reaksi kimia tersebut dengan menurunkan energi aktivasinya.<ref>[https://web.archive.org/web/20130821044547/http://www.documentroot.com/2010/03/catalytic-antibodies-simply-explained.html Catalytic Antibodies Simply Explained]. Documentroot.com (6 Maret 2010). Diakses tanggal 18 Juni 2023.</ref> Antibodi katalitis semacam itu terkadang disebut "[[abzim]]".

[[Berkas:Verbrennung eines Zuckerwürfels.png|thumb|Kiri: [[Gula|Gula batu]] yang terkaramelisasi sebagian, Kanan: gula batu yang dibakar dengan abu sebagai katalis]]

[[Berkas:TiCrPt micropump3.webm|thumb|Sebuah tabung Ti-Cr-Pt (panjang ~40 μm) melepaskan gelembung oksigen saat direndam dalam [[hidrogen peroksida]] (melalui dekomposisi katalitis), membentuk [[pompa mikro]].<ref>{{cite journal|doi=10.1039/C1CP20542K|pmid=21505711|url= http://nanomem.fudan.edu.cn/79solovev2011.pdf |archive-url=https://web.archive.org/web/20190328131026/http://nanomem.fudan.edu.cn/79solovev2011.pdf |archive-date=28 Maret 2019 |url-status=live |title=Tunable catalytic tubular micro-pumps operating at low concentrations of hydrogen peroxide|journal=Physical Chemistry Chemical Physics|volume=13|issue=21|pages=10131–35|year=2011|last1=Solovev|first1=Alexander A.|last2=Sanchez|first2=Samuel|last3=Mei|first3=Yongfeng|last4=Schmidt|first4=Oliver G.|bibcode=2011PCCP...1310131S}}</ref>]]

:Cl{{sup|'''·'''}} + O{{sub|3}} → ClO{{sup|'''·'''}} + O{{sub|2}}

:ClO{{sup|'''·'''}} + O{{sup|·}} → Cl{{sup|'''·'''}} + O{{sub|2}}

===Pemrosesan makanan===

Salah satu aplikasi katalisis yang paling jelas adalah [[hidrogenasi]] (reaksi dengan gas [[hidrogen]]) lemak menggunakan katalis [[nikel]] untuk menghasilkan [[margarin]].<ref>{{cite web | publisher = Chemguide | title = Types of catalysis | url = http://www.chemguide.co.uk/physical/catalysis/introduction.html |first = Jim|last = Clark|date = Oktober 2013}}</ref> Banyak bahan makanan lainnya disiapkan melalui biokatalisis (lihat di bawah).

Katalis digunakan untuk mempercepat reaksi pada sistem [[elektrode|elektroda]] yang membentuk [[Sel tunam|sel bahan bakar]]. Setiap sel elektroda merupakan [[sel elektrokimia]] yang secara berkelanjutan mengubah [[energi kimia]] dalam [[bahan bakar]] dan [[Oksidator|oksidan]] menjadi air dan menghasilkan [[energi listrik]]. Proses pembuatan sel bahan bakar melibatkan sistem elektroda-[[elektrolit]] yang mengalami reaksi [[elektrokimia]]. Elektrolit digunakan untuk menghantarkan [[muatan listrik]] dari elektroda negatif ([[Anode|anoda]]) ke elektroda positif ([[Katode|katoda]]) sehingga menghasilkan [[arus listrik]] dan [[Panas|energi panas]].{{Sfn|Gustian, Asdim, dan Maryanti|2016|p=1}} Katalis yang digunakan di dalam elektroda ialah lapisan [[platina]].{{Sfn|Gustian, Asdim, dan Maryanti|2016|p=3}}

===Reaksi alkilasi Friedel–Crafts===

===Fermentasi===

Manusia telah menggunakan enzim sebagai katalis [[Fermentasi (makanan)|fermentasi makanan]] sejak [[Prasejarah|zaman prasejarah]]. Enzim [[khamir]] telah lama digunakan untuk melakukan fermentasi [[Fruktosa|gula buah]] menjadi [[alkohol]]. Enzim pada bakteri ''[[Streptococcus thermophilus]]'', ''[[Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus|Lactobacillus bulgaricus]]'', dan ''[[Lactobacillus acidophilus]]'' digunakan untuk membuat [[yoghurt]]. Enzim juga digunakan sebagai katalis dalam pembuatan [[bir]] dari [[Serealia|biji-bijian]], pembuatan [[adonan]] [[roti]] dengan khamir dan fermentasi [[air kelapa]] menjadi [[Asam asetat|cuka]].{{Sfn|Susanti dan Fibriana|2017|p=3}} Keunggulan penggunaan enzim sebagai katalis ialah sifatnya yang tidak berubah meski telah mengalami reaksi kimia. Selain itu, enzim melakukan percepatan reaksi kimia dengan tetap mempertahankan kedudukan normal dari [[kesetimbangan kimia]].{{Sfn|Susanti dan Fibriana|2017|p=2}}

<blockquote>''Terjemahan'': Oleh karena itu, saya akan menggunakan derivasi terkenal dalam kimia, menyebut badan katalitis yaitu, zat ''gaya katalitis'' dan penguraian benda lain oleh ''katalisis'' gaya ini, seperti yang kita artikan dengan ''analisis'' kata pemisahan konstituen dari tubuh oleh afinitas kimia biasa.</blockquote></ref> untuk menjelaskan reaksi yang dipercepat oleh zat yang tidak berubah setelah reaksi. [[Elizabeth Fulhame|Fulhame]], yang mendahului Berzelius, bekerja dengan air sebagai kebalikan dari logam dalam eksperimen reduksinya. Kimiawan abad ke-18 lainnya yang bekerja dalam katalisis adalah [[Eilhard Mitscherlich]]<ref>{{cite journal|author=Mitscherlich, E. |year=1834|url=https://books.google.com/books?id=wCUAAAAAMAAJ&pg=PA273 |title=Ueber die Aetherbildung|trans-title=Pada pembentukan eter|journal=Annalen der Physik und Chemie|volume=31|issue=18|pages=273–82|bibcode=1834AnP...107..273M|doi=10.1002/andp.18341071802}}</ref> yang menyebutnya sebagai proses ''kontak'', dan [[Johann Wolfgang Döbereiner]]<ref>{{cite journal|author= Döbereiner |year=1822|url=http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=nyp.33433069069148;view=1up;seq=107 |title=Glühendes Verbrennen des Alkohols durch verschiedene erhitzte Metalle und Metalloxyde|trans-title=Pembakaran pijar alkohol oleh berbagai logam dan oksida logam yang dipanaskan|journal=Journal für Chemie und Physik|volume=34|pages= 91–92}}</ref><ref>{{cite journal|author=Döbereiner |year=1823|url=http://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=nyp.33433069069189;view=1up;seq=341 |title=Neu entdeckte merkwürdige Eigenschaften des Platinsuboxyds, des oxydirten Schwefel-Platins und des metallischen Platinstaubes|trans-title=Sifat luar biasa yang baru ditemukan dari platina suboksida, platina sulfida teroksidasi, dan debu platina metalik|journal=Journal für Chemie und Physik|volume=38|pages=321–26}}</ref> yang berbicara mengenai ''aksi kontak.'' Dia mengembangkan [[lampu Döbereiner]], sebuah [[korek api gas|pemantik]] berbahan dasar [[hidrogen]] dan spons [[platina]], yang sukses secara komersial pada tahun 1820-an dan masih hidup hingga saat ini. [[Humphry Davy]] menemukan penggunaan platina dalam katalisis.<ref>{{cite journal|author=Davy, Humphry |year=1817|url=https://books.google.com/books?id=xohJAAAAYAAJ&pg=PA77|title=Some new experiments and observations on the combustion of gaseous mixtures, with an account of a method of preserving a continued light in mixtures of inflammable gases and air without flame|doi=10.1098/rstl.1817.0009|journal=Philosophical Transactions of the Royal Society of London|volume=107|pages= 77–85|doi-access=free}}</ref> Pada tahun 1880-an, [[Wilhelm Ostwald]] di [[Universitas Leipzig]] memulai penyelidikan sistematis terhadap reaksi yang dikatalisis oleh adanya asam dan basa, dan menemukan bahwa reaksi kimia terjadi pada laju yang terbatas dan laju ini dapat digunakan untuk menentukan kekuatan asam dan basa. Karena pekerjaan ini, Ostwald dianugerahi [[Penghargaan Nobel Kimia]] tahun 1909.<ref>{{cite journal | author =Roberts, M.W. | title = Birth of the catalytic concept (1800–1900) | journal = [[Catalysis Letters]] | volume = 67 | issue = 1

| year = 2000 | doi = 10.1023/A:1016622806065 | pages= 1–4| s2cid = 91507819 }}</ref> [[Vladimir Ipatieff]] melakukan beberapa reaksi skala industri paling awal, termasuk penemuan dan komersialisasi oligomerisasi dan pengembangan katalis untuk hidrogenasi.<ref>{{cite journal |last1=Nicholas |first1=Christopher P. |title=Dehydration, Dienes, High Octane, and High Pressures: Contributions from Vladimir Nikolaevich Ipatieff, a Father of Catalysis |journal=ACS Catalysis |volume=8 |issue=9 |date=21 Agustus 2018 |pages=8531–39 |doi=10.1021/acscatal.8b02310|doi-access=free }}</ref>

Zat tambahan yang menurunkan laju reaksi disebut [[inhibitor|inhibitor reaksi]] jika reversibel dan [[peracunan katalis|racun katalis]] jika ireversibel.<ref name="IUPACc"/> Promotor adalah zat yang meningkatkan aktivitas katalitis, meskipun mereka sendiri bukan katalis.<ref>{{Cite book|last1=Dhara SS|url=https://books.google.com/books?id=fF1jDwAAQBAJ|title=A Textbook of Engineering Chemistry|last2=Umare SS|publisher=S. Chand Publishing|year=2018|isbn=9789352830688|location=India|pages=66}}</ref>

 

 

Inhibitor dapat memodifikasi selektivitas selain laju. Misalnya, dalam hidrogenasi [[alkuna]] menjadi [[alkena]], katalis [[paladium]] (Pd) yang sebagian "diracuni" dengan [[timbal(II) asetat]] (Pb(CH{{sub|3}}CO{{sub|2}}){{sub|2}}) dapat digunakan.<ref name=Lindlar>{{OrgSynth | author1= Lindlar H. | author2=Dubuis R. | title = Palladium Catalyst for Partial Reduction of Acetylenes | collvol = 5 | collvolpages = 880 | year = 2016 | doi=10.15227/orgsyn.046.0089}}</ref> Tanpa penonaktifan katalis, alkena yang dihasilkan akan terhidrogenasi lebih lanjut menjadi [[alkana]].<ref>Jencks, W.P. (1969) ''Catalysis in Chemistry and Enzymology'' McGraw-Hill, New York. {{ISBN|0-07-032305-4}}</ref><ref>Bender, Myron L; Komiyama, Makoto dan Bergeron, Raymond J (1984) ''The Bioorganic Chemistry of Enzymatic Catalysis'' Wiley-Interscience, Hoboken, A.S. {{ISBN|0-471-05991-9}}</ref>